JP2006505953A - Laser scanning apparatus and heat treatment method - Google Patents
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Abstract
走査されたレーザ放射線を用いて基板を熱処理する装置および方法が開示されている。装置は、連続放射線源と、基板上に像を形成する光学系とを含む。前記処理領域の各点が、前記領域を熱処理するのに十分な放射線パルスを受けるように、前記基板の表面に関して前記像が走査される。 An apparatus and method for heat treating a substrate using scanned laser radiation is disclosed. The apparatus includes a continuous radiation source and an optical system that forms an image on the substrate. The image is scanned with respect to the surface of the substrate such that each point of the treated area receives a pulse of radiation sufficient to heat treat the area.
Description
本発明は、基板を熱処理する装置および方法に関し、特に、集積装置または集積回路を含む半導体基板を熱処理する装置および方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and method for heat-treating a substrate, and more particularly, to an apparatus and method for heat-treating a semiconductor substrate including an integrated device or an integrated circuit.
集積回路(IC)の製造は、フォトレジスト塗布、フォトリソグラフィ露光、フォトレジスト現像、エッチング、研磨、および加熱または「熱処理(thermal processing)」などの多くのプロセスを半導体基板に対して施すことが含まれる。ある種の用途では、熱処理は、基板のドープ領域(例えば、ソース・ドレイン領域)のドーパントを活性化するために行われる。熱処理には、高速熱アニール(RTA)やレーザ熱処理(LTP)などの様々な加熱(および冷却)技術が挙げられる。熱処理を行なうためにレーザが使用される場合、この技術は「レーザ処理」または「レーザアニール」と呼ばれることがある。 Integrated circuit (IC) fabrication involves subjecting a semiconductor substrate to many processes such as photoresist coating, photolithography exposure, photoresist development, etching, polishing, and heating or “thermal processing”. It is. In certain applications, the heat treatment is performed to activate dopants in the doped regions (eg, source / drain regions) of the substrate. The heat treatment includes various heating (and cooling) techniques such as rapid thermal annealing (RTA) and laser heat treatment (LTP). If a laser is used to perform the heat treatment, this technique may be referred to as “laser processing” or “laser annealing”.
半導体基板のレーザ処理を行なうための様々な技術および装置が知られており、集積回路(IC)製造業界で使用されている。レーザ処理は、アニールされる材料の温度をアニール温度まで上昇させ、次いで開始(例えば、周囲)温度まで低下させる単一のサイクルで行なうことが好ましい。 Various techniques and apparatus for laser processing of semiconductor substrates are known and used in the integrated circuit (IC) manufacturing industry. The laser treatment is preferably performed in a single cycle in which the temperature of the material to be annealed is raised to the annealing temperature and then lowered to the starting (eg, ambient) temperature.
活性化やアニールなどに必要な熱処理サイクルを1ミリ秒(m sec)以下に維持することができれば、ICの性能を大きく向上させることができる。1マイクロ秒(μ sec)未満の熱サイクル時間は、1以上の回路上に均一に広がるパルスレーザからの放射線を使用して容易に得られる。パルスレーザ源を使用してレーザ熱処理を行なうための装置の一例が、「レーザ熱処理装置および方法(Laser Thermal Processing Apparatus and Method)」と題する米国特許第6,366,308B1号に記載されている。しかしながら、放射線パルスが短いほど、熱処理できる領域は浅くなり、回路素子それ自体に大きな温度変化を生じる可能性が高くなるだろう。例えば、厚いフィールド酸化物分離領域上のポリシリコン導体は、シリコンウエハの表面の浅い接合よりもはるかに急速に加熱される。 If the heat treatment cycle required for activation or annealing can be maintained at 1 millisecond (msec) or less, the IC performance can be greatly improved. Thermal cycle times of less than 1 microsecond (μsec) are easily obtained using radiation from a pulsed laser that spreads uniformly over one or more circuits. An example of an apparatus for performing laser heat treatment using a pulsed laser source is described in US Pat. No. 6,366,308B1, entitled “Laser Thermal Processing Apparatus and Method”. However, the shorter the radiation pulse, the shallower the region that can be heat treated, and the more likely it will be that the circuit element itself will undergo a large temperature change. For example, a polysilicon conductor on a thick field oxide isolation region is heated much more rapidly than a shallow junction on the surface of a silicon wafer.
より長い放射線パルスを使用することによって、より均一な温度分布を得ることができる。なぜなら、パルス間隔において、加熱深さがより大きく、横方向の熱伝導のための時間がより長くなって、回路全体の温度が均等化されるからである。しかしながら、5cm2以上の回路面積にわたって、レーザパルス幅を1マイクロ秒より長くすることは非実用的である。なぜなら、パルスあたりのエネルギーが高くなり過ぎ、そのような高いエネルギーを供給するために必要なレーザおよびそれに関連する電源は非常に大きくかつ高価であるためである。 By using longer radiation pulses, a more uniform temperature distribution can be obtained. This is because, in the pulse interval, the heating depth is larger, the time for the lateral heat conduction is longer, and the temperature of the entire circuit is equalized. However, it is impractical to make the laser pulse width longer than 1 microsecond over a circuit area of 5 cm 2 or more. This is because the energy per pulse becomes too high, and the lasers and associated power supplies required to supply such high energy are very large and expensive.
パルス放射線を使用することに代わるアプローチは、連続放射線を使用することである。レーザダイオードの形態で連続放射線源を使用する熱処理装置の一例が、2000年3月27日に出願され、本出願と同じ譲受人に譲渡された「基板を露光するための放射エネルギー線源を有する装置(apparatus having Line Source of Radiant Energy for Exposing a Substrate)」と題する米国特許出願第09/536,869号に記載されている。レーザダイオードバーアレイでは、100W/cmの範囲の出力パワーを得ることができ、かつ、約1ミクロンの幅の線像を形成するように結像させることができる。また、電気から放射線への変換も非常に効率的である。さらに、わずかに異なる波長でそれぞれ動作する多くのダイオードがバーに存在するため、均一な線像を形成するように結像することができる。 An alternative approach to using pulsed radiation is to use continuous radiation. An example of a thermal processing apparatus using a continuous radiation source in the form of a laser diode is filed on March 27, 2000 and assigned to the same assignee as the present application “having a radiant energy radiation source for exposing a substrate. US patent application Ser. No. 09 / 536,869 entitled “Apparatus having Line Source of Radiant Energy for Exposing a Substrate”. With a laser diode bar array, an output power in the range of 100 W / cm can be obtained and an image can be formed to form a line image with a width of about 1 micron. Also, the conversion from electricity to radiation is very efficient. Furthermore, since there are many diodes in the bar, each operating at a slightly different wavelength, it can be imaged to form a uniform line image.
しかしながら、ダイオードを連続放射線源として使用することは、ある種の用途のみにとって最適である。例えば、1ミクロンまたはそれ未満の深さを有するソース・ドレイン領域をアニールする場合には、放射線はその深さを超えてシリコンに吸収されないことが好ましい。しかしながら、0.8ミクロンの波長で動作する典型的なレーザダイオードに対する吸収長は、室温のシリコンでは約20ミクロンである。したがって、基板の最上部領域(例えば、1ミクロンより浅い)を処理するための熱処理用途では、ダイオードからの放射線の大部分は、必要とされる(または所望の)深さよりもはるかに深くシリコンウエハ内に浸透してしまう。これにより、必要とされる総パワーが増加する。この問題を緩和するために薄い吸収性コーティングを使用することもできるが、既にかなり複雑な製造プロセスに複雑さを加えることになる。 However, the use of a diode as a continuous radiation source is optimal only for certain applications. For example, when annealing a source / drain region having a depth of 1 micron or less, it is preferred that the radiation not be absorbed by silicon beyond that depth. However, the absorption length for a typical laser diode operating at a wavelength of 0.8 microns is about 20 microns for room temperature silicon. Thus, in thermal processing applications to process the top region of the substrate (eg, less than 1 micron), most of the radiation from the diode is much deeper than the required (or desired) depth. It penetrates inside. This increases the total power required. A thin absorbent coating can be used to alleviate this problem, but it adds complexity to an already quite complex manufacturing process.
[発明の要約]
本発明の第1の態様は、基板の領域を熱処理する装置である。この装置は、連続放射線ビームを提供可能な連続放射線源を含み、前記連続放射線ビームは、前記基板の領域を加熱可能な第1の強度プロファイルおよび波長を有する。任意のシステムが、前記連続放射線源の下流に配置され、かつ、前記放射線ビームを受け、第2の放射線ビームを形成するように構成されている。前記第2の放射線ビームは、前記基板上に像を形成する。実施形態の一例においては、前記像は線像である。前記装置はまた、前記基板を支持するように構成されたステージを含む。前記光学系および前記ステージのうち少なくとも1つは、前記基板に関して走査方向に前記像を走査して、放射線パルスを用いて、前記領域の処理が十分である温度へと前記領域を加熱するように構成される。
[Summary of Invention]
The first aspect of the present invention is an apparatus for heat-treating a region of a substrate. The apparatus includes a continuous radiation source capable of providing a continuous radiation beam, the continuous radiation beam having a first intensity profile and wavelength capable of heating an area of the substrate. An optional system is disposed downstream of the continuous radiation source and is configured to receive the radiation beam and form a second radiation beam. The second radiation beam forms an image on the substrate. In an example embodiment, the image is a line image. The apparatus also includes a stage configured to support the substrate. At least one of the optical system and the stage scans the image in a scanning direction with respect to the substrate and uses a radiation pulse to heat the region to a temperature sufficient to process the region. Composed.
本発明の他の態様は、基板の領域を熱処理する方法である。この方法は、前記基板の領域を加熱可能な波長を有する連続放射線ビームを生成する工程と、次いで、前記領域における各点が、前記基板の領域を処理可能な量の熱エネルギーを受けるように、前記領域の上方で走査方向に前記放射線を走査する工程を含む。 Another aspect of the present invention is a method for heat treating a region of a substrate. The method includes generating a continuous beam of radiation having a wavelength capable of heating the region of the substrate, and then each point in the region receives an amount of thermal energy that can process the region of the substrate. Scanning the radiation in a scanning direction above the region.
各図面に示される各種の要素は単に具体化されたものであり、縮尺に必ずしも制限されるものではない。ある要素の比率は誇張され、一方、その他の要素は最小化されている場合もある。各図面は、本発明の様々な実施態様を例示することを意図するものであり、当業者によって理解でき、かつ適切に実施することができる。 The various elements shown in the drawings are merely embodied and are not necessarily limited to scale. The proportions of certain elements are exaggerated, while others are minimized. The drawings are intended to illustrate various embodiments of the invention and can be understood and appropriately implemented by those skilled in the art.
[発明の詳細な説明]
以下の本発明の実施形態の詳細な説明では、本発明の説明の一部をなし、本発明を実施可能な特定の実施形態を例示する添付図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるように十分に詳細に説明されており、その他の実施形態も利用することができ、本発明の範囲から逸脱しない限りにおいて変更を加えることができることは理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は本発明を限定するものとして解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の請求項のみによって定義されるものである。
Detailed Description of the Invention
In the following detailed description of the embodiments of the invention, reference is made to the accompanying drawings that form a part hereof, and in which are shown by way of illustration specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention, and other embodiments may be utilized and may be modified without departing from the scope of the invention. It should be understood that it can be done. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined only by the appended claims.
[装置および方法の概括]
図1Aは、本発明のレーザ走査装置の概括的な一実施形態の模式図である。図1Aの装置10は、光軸A1に沿って連続放射線ビーム14Aを放射する連続放射線源12を含み、この連続放射線ビーム14Aは、光軸に垂直な角度で測定された出力パワーおよび強度プロファイルP1を有する。また、実施形態の一例では、放射線ビーム14Aはコリメートされている。さらに、実施形態の一例では、放射線源12はレーザであり、放射線ビーム14Aはレーザビームである。一実施形態では、放射線源12は、約9.4ミクロンから約10.8ミクロンの間の波長で動作する炭酸ガス(CO2)レーザである。CO2レーザは、非常に効率的に電気を放射線に変換し、出力ビームは通常非常にコヒーレントであるため、プロファイルP1はガウス分布(Gaussian)型である。さらに、後述するように、CO2レーザによって発生する赤外線波長は、シリコン(例えば、半導体ウエハなどのシリコン基板)を処理(例えば、加熱)するために適している。また、一実施形態では、放射線ビーム14Aは直線偏光され、基板に入射する放射線がp−偏光状態Pのみ、s−偏光状態Sのみ、または両方を含むように操作することができる。放射線源12は連続放射線ビーム14Aを放射するため、本明細書では「連続放射線源」と呼ぶ。通常、放射線ビーム14Aは、基板によって吸収され、これにより、基板を加熱することのできる波長の放射線を含む。
[Overview of apparatus and method]
FIG. 1A is a schematic diagram of a general embodiment of a laser scanning device of the present invention. The
また、装置10は、放射線源12の下流に、放射線ビーム14Aを変化(例えば、集束または成形)させて放射線ビーム14Bを形成する光学系20を含む。光学系20は、単一素子(例えば、レンズ部材またはミラー)からなるか、または複数の部材から製造されていることができる。一実施形態では、光学系20はまた、以下に詳述するように、走査ミラーなどの可動部材を含むことができる。
The
装置10は、光学系20の下流に、上面42を有するチャック(chuck)40をさらに含む。チャック40はステージ46によって支持され、ステージ46は圧盤50によって支持されている。実施形態の一例では、チャック40はステージ46に組み込まれている。実施形態の別例では、ステージ46は移動可能である。また、実施形態の一例では、基板ステージ46は、x,y,およびz軸の約1以上を中心として回転することができる。チャックの上面42は基板60を支持することができ、基板60は、表面法線Nを有する表面62と、エッジ63とを有する。
The
実施形態の一例では、後述するように、基板60は参照形状64を含み、この参照形状10は、装置10内での基板の位置合わせを容易にする。一実施形態の一例では、参照形状64はまた、単結晶基板60の結晶方位を識別するために機能する。実施形態の一例では、基板60は、サンノゼ市95134ザンカーロード3081(3081 Zanker Road, San Jose 95134)の国際半導体製造装置協会(SEMI)から入手できる#Semi M1−600「研磨単結晶シリコンウエハの仕様」に記載されているような単結晶シリコンウエハであり、この文書はこの参照によって本願の開示に含まれるものとする。
In one example embodiment, as described below, the
また、実施形態の一例では、基板60は、基板内に形成された回路(例えば、トランジスタ)67の一部として表面62またはその近傍に形成されたソース領域およびドレイン領域66A,66Bを含む。実施形態の一例では、ソース領域およびドレイン領域66A,66Bは浅く、基板内部に向かって1ミクロン以下の深さを有する。
In one example of the embodiment, the
軸A1と基板法線Nとは角度Φを形成し、この角度Φは放射線ビーム14B(および軸A1)が基板表面の法線Nとなす入射角Φである。実施形態の一例では、放射線ビーム14Bは入射角Φ>0を有し、この入射角によって、基板の表面62から反射される放射線が放射線源12に戻らないようになっている。通常、入射角は0°≦φ<90°の範囲で変化することができる。しかしながら、より詳細に後述するように、ある種の用途では、この範囲内の選択された入射角で装置を動作させることが有益である。
The axis A1 and the substrate normal N form an angle Φ, which is the incident angle Φ that the
実施形態の一例では、装置10はコントローラ70をさらに含み、このコントローラ70は、通信ライン(「ライン」)72を介して放射線源12と接続され、ライン78を介してステージコントローラ76と接続される。ステージコントローラ76は、ライン80を介してステージ46に動作的に接続され、ステージの移動を制御する。実施形態の一例では、コントローラ70は、ライン82を介して光学系20と接続されている。コントローラ70は、各信号90,92,および94を介して、放射線源12、ステージコントローラ76、および光学系20(例えば、内部の部材の移動)の動作を制御する。
In one example embodiment, the
実施形態の一例では、1以上のライン72,78,80,および82はワイヤであり、対応する1以上の信号90,92,および94は電気信号であり、実施形態の別例では、1以上の上記ラインは光ファイバであり、対応する1以上の上記信号は光信号である。
In one example embodiment, one or
実施形態の一例では、コントローラ70は、パーソナルコンピューターまたはワークステーションなどのコンピュータであり、テキサス州オースチンのデルコンピュータ社などの多数の周知のコンピュータ会社から入手できる。好ましくは、コントローラ70は、インテルPENTIUM(登録商標)シリーズまたはAMD K6またはK7プロセッサなどの商業的に入手可能な多数のマイクロプロセッサのいずれかと、プロセッサをハードディスクドライブなどの記憶装置に接続するための適切なバスアーキテクチャと、適切な入出力装置(例えば、それぞれキーボードおよびディスプレイ)とを含む。
In one example embodiment,
引き続き図1Aを参照すると、放射線ビーム14Bは、軸A1に沿って光学系20によって基板の表面62に向けられる。実施形態の一例では、光学系20は、放射線ビーム14Bを集束させて像100を基板の表面62上に形成する。本明細書において、「像」という用語は、放射線ビーム14Bによって基板の表面62に形成される光の分布を表現するために通常使用される。したがって、像100は、従来の意味における関連する物体を必ずしも有する必要はない。また、像100は、必ずしも光線を点集束させることによって形成される必要はない。例えば、像100は、アナモルフィック光学系20によって形成された楕円形のスポットであることができ、円対称の光学系から形成された法線入射集束ビームによって形成された円形のスポットであってもよい。また、「像」という用語は、ビーム14Bを基板60で遮ることによって基板の表面62に形成される光の分布を含む。
With continued reference to FIG. 1A, the
像100は、正方形、長方形、楕円形などのあらゆる数の形状を有することができる。また、像100は、均一な線像分布に相当するものを含む、様々な異なる強度分布を有することができる。図1Bは、線像としての像100の実施形態の一例を示す。理想化された線像100は、長寸(長さ)L1と、短寸(幅)L2と、均一な(すなわち、フラットトップ(flat-top,上部が平坦な)な)強度とを有する。実際には、回折効果のために線像100は完全に均一ではない。
The
図1Cは、実際の線像に関する強度分布を示す2次元プロットである。ほとんどの用途では、短寸L2における統合的な断面積は、長寸L1において実質的に均一であればよく、像の動作的に役立つ部分での統合的な強度分布の均一性は約±2%である。 FIG. 1C is a two-dimensional plot showing the intensity distribution for an actual line image. For most applications, the integrated cross-sectional area at the short dimension L2 need only be substantially uniform at the long dimension L1, and the uniformity of the integrated intensity distribution in the operatively useful part of the image is about ± 2. %.
図1Bおよび図1Cを引き続き参照すると、実施形態の一例では、長さL1は約1.25cmから4.4cmの範囲であり、幅L2は約50ミクロンである。実施形態の別例では、長さL1は1cm以下である。さらに、実施形態の一例では、像100は、50kW/cm2から150kW/cm2の範囲の強度を有する。像100の強度は、特定の用途のために基板に与える必要があるエネルギーの量、像幅L2、ならびに像が基板の表面62の上方を走査される速度に基づいて選択される。
With continued reference to FIGS. 1B and 1C, in one example embodiment, the length L1 ranges from about 1.25 cm to 4.4 cm and the width L2 is about 50 microns. In another example of the embodiment, the length L1 is 1 cm or less. Furthermore, in an example embodiment, the
図1Dは、基板の表面に線像を形成する円錐ミラーM1,M2,およびM3を含む光学系20の模式図である。図1Dの光学系20は、平行ビームを線像100に集束させるために、反射円錐セグメントをどのように使用できるかを示している。実施形態の一例では、光学系20は、柱状放物面ミラーセグメントM1,M2と、円錐ミラーセグメントM3とを含む。円錐ミラーセグメントM3は、円錐ミラー全体に関連づけられた軸A3を有する(幻像(phantom)にて示す)。軸A3は平行ビーム14Aに平行であり、基板の表面62に沿って位置する。
FIG. 1D is a schematic diagram of an
線像100は、軸A3に沿って基板の表面62上に形成される。光学系20のこの配置の利点は、入射角Φが最小のばらつきにて、狭い回折制限像100を形成するということである。線像の長さL1は主として、入射角Φとy−方向で測定された平行ビームのサイズとに依存する。異なる入射角Φは、異なる円錐ミラーセグメント(例えば、ミラーM3’)を放射線ビーム14A’の経路に切り換えることによって達成できる。線像100の長さL1は、例えば、調節可能な(例えば、ズーム)コリメート光学系104を使用して、平行ビームサイズを変化させることによって変更することができる。
The
図1Dを引き続き参照すると、実施形態の一例では、平行ビーム14A’のサイズは、柱状放物面ミラーM1,M2を使用して変更することができる。平行ビーム14A’は最初に、正の放物面ミラーM1によって点Fにおいて線集束される。点Fで集束される前に、集束ビーム14A’は、負の放物面ミラーM2によって遮られ、この放物面ミラーM2は集束ビームをコリメートする。2つの柱状放物面ミラーM1,M2は、平行ビームの幅をy−方向のみにおいて変化させる。したがって、放物面ミラーM1,M2はまた、基板の表面62にて線像100の長さL1を変化させるが、図の平面に垂直な方向における線像の幅L2を変化させない。
With continued reference to FIG. 1D, in one example embodiment, the size of the collimated
また、図1Dには、代替の放物面ミラーM1’,M2’および代替の円錐ミラーM3’が示されており、これらは、例えば、インデックスホイール106,108,および110を用いて、光路における所定の固定位置に配置させることができる。
Also shown in FIG. 1D are alternative paraboloidal mirrors M1 ′, M2 ′ and alternative conical mirrors M3 ′, which use, for example,
図1Aを再び参照すると、実施形態の一例では、基板の表面62は、以下により詳細に説明するように、多くの走査パターンの1つを使用して像100の下で走査される。走査は、基板ステージ46または放射線ビーム14Bのいずれか一方を移動させることを含む多くの方法によって行なうことができる。したがって、本明細書において使用する「走査」という用語は、どのように達成されるかには関係なく、基板の表面に対する像の移動を含む。
Referring again to FIG. 1A, in one example embodiment, the
基板の表面62、例えば、領域66A,66Bなどの1以上の選択領域、またはトランジスタ67などの1以上の回路の上方で、連続放射線ビームを走査することによって、基板上の各照射点は放射線パルスを受ける。200マイクロ秒の滞在時間(すなわち、像が所与の点の上方に存在する時間)を採用した実施形態の一例では、各走査時に基板の各走査点が受けるエネルギー量は5J/cm2から50J/cm2の範囲である。重複する走査によって、全吸収エネルギーはさらに増加する。したがって、装置10では、パルス放射源ではなく連続放射線源を、基板上の各点への制御されたパルスまたはバースト放射線に、1以上の領域、例えば内部または上部に形成された回路または回路素子を処理するために十分なエネルギーを与えるために使用できるようになっている。本明細書で使用する「処理」という用語は、選択溶融、エクスプローシブ再結晶、およびドーパント活性化を含む。
By scanning a continuous radiation beam over the
また、本明細書で使用する「処理」という用語は、レーザアブレーション、基板のレーザ洗浄、またはフォトリソグラフィ露光、ならびにその後のフォトレジストの化学的な活性化は含まない。むしろ、例えば、像100は、1以上の領域の表面温度を上昇させて1以上の領域を処理するため(例えば、ソース領域およびドレイン領域66A,66Bのドーパントを活性化させるため、または前記1以上の領域の結晶構造を変化させるため)に十分な熱エネルギーを供給するため、基板60の上方を走査される。熱処理の実施形態の一例では、装置10は、浅いソース・ドレイン領域(すなわち、基板内部に表面62から1ミクロン以下の深さを有するトランジスタ67のソース領域およびドレイン領域66A,66Bなど)を加熱および冷却し、それによって活性化するために使用される。
Also, as used herein, the term “processing” does not include laser ablation, laser cleaning of the substrate, or photolithography exposure, and subsequent chemical activation of the photoresist. Rather, for example, the
以下に述べる例によって例示されるように、装置10は多くの異なる実施形態を有する。
As illustrated by the examples described below, the
[ビームコンバータを有する実施形態]
図1Aに示す実施形態では、放射線ビーム14AのプロファイルP1は不均一である。このような状況は、例えば、放射線源12が実質的にコヒーレントなレーザであり、平行ビームにおける最終的なエネルギー分布がガウス分布型である場合に発生する場合があり、その結果、平行ビームを基板に結像した場合に同様なエネルギー分布が生じる。用途によっては、与えられた用途において像100が基板の熱処理を行なうために適当な強度分布およびサイズを有するように、放射線ビーム14A,14Bをより均一な分布にし、かつ放射線ビーム14A,14Bの大きさを変化させることが望ましい場合がある。
[Embodiment having a beam converter]
In the embodiment shown in FIG. 1A, the profile P1 of the
図2Aは、図1Aのレーザ走査装置10の実施形態の一例を示す模式図であり、このレーザ走査装置10は、光学系20と連続放射線源12との間に軸A1に沿って配置されたビームコンバータ150をさらに含む。ビームコンバータ150は、強度プロファイルP1を有する放射線ビーム14Aを、強度プロファイルP2を有する変形放射線ビーム14A’に変換する。実施形態の一例では、ビームコンバータ150および光学系20は結合されて、単一のコンバータ/光学系160を形成する。ビームコンバータ150は光学系20の上流に配置されているが、光学系20の下流に配置させることもできる。
FIG. 2A is a schematic diagram showing an example of an embodiment of the
図2Bは、ビームコンバータ150が、強度プロファイルP1を有する放射線ビーム14Aを、強度プロファイルP2を有する変形放射線ビーム14A’に変換する方法を示す模式図である。放射線ビーム14A,14A’は光線170から構成されるように示され、光線間隔は放射線ビームの相対的な強度分布に対応している。ビームコンバータ150は、光線170の相対的な間隔(すなわち、密度)を調整して、放射線ビーム14AのプロファイルP1を変化させ、プロファイルP2を有する変形放射線ビーム14A’を形成する。実施形態の一例では、ビームコンバータ150はジオプトリック、カトプトリックまたはカタディオプトリックなレンズ系である。
FIG. 2B is a schematic diagram showing how the
図2Cは、コンバータ/光学系160の実施形態の一例の断面図であり、コンバータ/光学系160は、コンバータ150と、光学系20とを有する。コンバータ150は、ガウス分布型プロファイルP1を有する放射線ビーム14Aを、フラットトップの(すなわち、均一な)プロファイルP2を有する放射線ビーム14A’に変換する。光学系20は、集束放射線ビーム14Bおよび線像100を形成する。図2Cのコンバータ/集束系160は、円柱レンズL1〜L5を含む。ここで、「レンズ」は、個々のレンズ部材または一群のレンズ部材(すなわち、レンズ群)を意味することができる。最初の2つの円柱レンズL1,L2は、放射線ビーム14Aの直径を減少させるのに対し、円柱レンズのL3,L4は、放射線ビーム14Aをほぼ元のサイズへと拡大するが、レンズの球面収差により生じる変形放射線ビームプロファイル14A’を有するようにする。第5の円柱レンズL5は光学系20として機能し、他のレンズと相対的に90°回転しているために、倍率は図の平面からはずれている。レンズL5は放射線ビーム14Bを形成し、放射線ビーム14Bは基板60上に線像100を形成する。
FIG. 2C is a cross-sectional view of an example of an embodiment of the converter /
実施形態の一例では、図2Cのコンバータ/集束系160はまた、レンズL1の上流に配置されたビネット開口180を含む。ビネット開口180は、入力ビーム14Aの最も外側の光線を取り除き、これらの光線は系における球面収差によって過補正され、一方、平坦な強度プロファイルのエッジにおける強度バンプとなる。
In one example embodiment, the converter / focusing
図2Dは、典型的なビームコンバータ150によって形成されるような、ビネットされていない均一な放射線ビーム14A’の強度プロファイルP2の一例のプロットである。通常、フラットトップ放射線ビームプロファイルP2は、その長さのほとんどの部分で平坦部200を有し、ビーム端部204の近傍に強度ピーク210を含む。ビネット開口180を用いてビームの外側の光線を取り除くことによって、図2Eに示すように、より均一な放射線ビームプロファイルP2を得ることも可能である。
FIG. 2D is an example plot of an intensity profile P2 of a non-vignetted
放射線ビーム14Aの最も外側の光線をビネットすることにより、ビーム端部204における強度の上昇を防ぐことができるが、ビーム端部近傍における、ある程度の強度の上昇は、均一な加熱を生じさせるために望ましい。熱は、ビーム端部204において、線像100(図1B)に平行な方向および垂直な方向で失われる。したがって、ビーム端部204において強度が大きいほど、より高い熱損矢を補償することができる。このため、像100が基板60の上方を走査される際に、基板におけるより均一な温度分布が得られる。
By vignetting the outermost rays of the
[さらなる実施形態]
図3は、図1Aの装置と同様の装置10の模式図であり、装置10は、図の上部であって基板60の上方に配置される多くの追加部材をさらに含む。これらの追加部材は、単独または様々な組み合わせにおいて、本発明の付加的な実施形態を示すために含まれる。以下の各実施形態の例によって行われる動作には、図3において導入された追加部材のいくつが必要であり、上述した実施形態で述べられた部材が述べられる実施形態でも必要であるか否かは当業者に明らかであると思われる。説明を簡単にするために、これらの実施形態のいくつかは、先に述べられた実施形態に基づくものであるため、図3は、これらの付加的な実施形態に必要な部材のすべてを含むように示されている。これらの付加的な実施形態の例について以下に説明する。
[Further embodiment]
FIG. 3 is a schematic view of an
[減衰器]
図3を参照すると、実施形態の一例では、装置10は、放射線源12の下流に配置された減衰器226を含み、減衰器の位置によって、放射線ビーム14A,ビーム14A’,またはビーム14Bを選択的に減衰させる。一実施形態では、放射線ビーム14Aは特定の方向(例えば、p,sまたはそれらの組み合わせ)に偏光され、減衰器226は偏光子227を含み、偏光子227は、放射線ビームの偏光方向に相対的に回転させることができ、これにより、ビームを減衰させる。別の実施形態では、減衰器226は、除去可能な減衰フィルター、または複数の減衰器部材を含むプログラム可能な減衰ホイールの少なくとも1つを含む。
[Attenuator]
Referring to FIG. 3, in one example embodiment, the
実施形態の一例では、減衰器226はライン228を介してコントローラ70と接続され、コントローラからの信号229によって制御される。
In one example embodiment,
[1/4波長板]
実施形態の別例では、放射線ビーム14Aは直線偏光され、装置10は、放射線源12の下流に、直線偏光を円偏光に変換するための1/4波長板230を含む。減衰器が、基板62から反射または散乱された放射線が放射線源12に戻るのを防ぐための偏光子227を含む実施形態の一例では、1/4波長板230は減衰器226と連動して動作する。特に、戻り経路において、反射された円偏光放射線は直線偏光放射線に変換され、偏光子227によって遮られる。この構成は、入射角Φが0または0の近傍である(すなわち、法線入射またはほぼ法線入射である)場合に特に有用である。
[¼ wave plate]
In another example embodiment, the
[ビームエネルギー監視システム]
実施形態の別例では、装置10は、軸A1に沿って放射線源12の下流に配置され、各ビームのエネルギーを監視するビームエネルギー監視システム250を含む。システム250は、ライン252を介してコントローラ70に接続され、測定された各ビームエネルギーを示す信号254をコントローラに供給する。
[Beam energy monitoring system]
In another example embodiment, the
[フォールドミラー]
実施形態の別例では、装置10はフォールドミラー260を含み、フォールドミラー260は、装置をよりコンパクトにするか、または特定の装置ジオメトリーを形成する。実施形態の一例では、フォールドミラー260は移動可能であり、ビーム14A’の方向を調整する。
[Fold mirror]
In another example embodiment, the
また、実施形態の一例では、フォールドミラー260は、ライン262を介してコントローラ70に接続され、コントローラからの信号264によって制御される。
In an example embodiment, the
[反射放射線モニタ]
図3を引き続き参照すると、実施形態の別例では、装置10は、基板の表面62によって反射された放射線281を受けるように配置された反射放射線モニタ280を含む。モニタ280はライン282を介してコントローラ70に接続され、測定した反射放射線281の量を示す信号284をコントローラに供給する。
[Reflected radiation monitor]
With continued reference to FIG. 3, in another example embodiment, the
図4は、入射角Φ(図1および図2A)が0°または0°の近傍である装置10の実施形態の一例のための反射放射線モニタ280の実施形態の一例を示す。反射放射線モニタ280は、軸A1に沿ったビームスプリッタ285を利用して、反射放射線281(図3)の小さな部分を検知器287に向ける。モニタ280はライン282を介してコントローラ70に接続され、検知した各放射線を示す信号284をコントローラに供給する。実施形態の一例では、検知器287に反射放射線281を集束させるために集束レンズ290を含む。
FIG. 4 shows an example of an embodiment of a reflected radiation monitor 280 for an example of an embodiment of the
反射放射線モニタ280は、複数の用途を有する。1つの動作モードでは、像100はできる限り小さく作成され、反射放射線監視信号284の変化が測定される。次いで、この情報は、基板上の反射率のばらつきを評価するために使用される。この動作モードでは、検知器(例えば、検知器287)の応答時間が走査ビームの滞在時間未満に等しいことが必要となる。反射率のばらつきは、入射角Φを調整するか、入射ビーム14Bの偏光方向を調整するか、またはその両方によって最小化される。
The reflected radiation monitor 280 has multiple uses. In one mode of operation, the
第2の動作モードでは、ビームエネルギー監視システム250からのビームエネルギー監視信号254(図3)と放射線監視信号284とが組み合わされて、吸収放射線の量の正確な測定が達成される。次に、放射線ビーム14Bのエネルギーを調節して、吸収放射線を一定のレべルに維持する。この動作モードの変形には、吸収放射線に対応する方法にて走査速度を調整することが含まれる。
In the second mode of operation, the beam energy monitoring signal 254 (FIG. 3) from the beam
第3の動作モードでは、反射放射線監視信号284が閾値と比較され、閾値を超える信号は、さらなる調査を必要とする予期しない異常が発生したことの警告として使用される。実施形態の一例では、反射放射線のばらつきに関するデータは、対応する基板識別コードと共にアーカイブされ(例えば、コントローラ70のメモリに保存)、基板の処理が完了した後に発見された異常の根本的原因を決定する際の手助けとなる。
In the third mode of operation, the reflected
[診断システム]
多くの熱処理では、処理される表面の最高温度または温度−時間プロファイルを知ることが有益である。例えば、接合のアニールの場合、LTP時に達する最高温度を非常に厳密に制御することが望ましい。厳密な制御は、測定された温度を使用して、連続放射線源の出力パワーを制御することにより達成される。理想的には、そのような制御システムは、走査された像の滞在時間と同等かまたはそれよりも速い応答能力を有する。
[Diagnostic system]
In many heat treatments, it is beneficial to know the maximum temperature or temperature-time profile of the surface being treated. For example, in the case of junction annealing, it is desirable to control the maximum temperature reached during LTP very closely. Tight control is achieved by using the measured temperature to control the output power of the continuous radiation source. Ideally, such a control system has a response capability equal to or faster than the dwell time of the scanned image.
したがって、図3を再び参照すると、実施形態の別例では、装置10は、基板60と通信する診断システム300を含む。診断システム300はライン302を介してコントローラ70に接続され、基板62の温度の測定などの所定の診断動作を行なうように構成されている。診断システム300は、基板温度などの各診断測定値を示す信号304をコントローラに供給する。
Thus, referring again to FIG. 3, in another example embodiment, the
図4を再び参照すると、入射角Φが0°または0°の近傍である場合、診断システム300を集束光学系20の経路からはずれるように回転させる。
Referring back to FIG. 4, when the incident angle Φ is 0 ° or in the vicinity of 0 °, the
図5は、診断システム300の実施形態の一例の拡大図であり、この診断システム300は、走査された像100の位置またはその近傍における温度を測定するために使用される。図5のシステム300は、軸A2に沿って、生じた放射線310を集光する集光光学系340と、集光された放射線310を分離し、ライン302A,302Bそれぞれを介してコントローラ70に接続された2つの検知器350A,350Bに放射線を向けるためのビームスプリッタ346とを含む。検知器350A,350Bは、放射線310の異なるスペクトルバンドを検出する。
FIG. 5 is an enlarged view of an example embodiment of a
診断システム300の非常に単純な構成は、放射線ビーム(図3)の立ち下がりエッジにおける最も熱いスポットを観測するためのシリコン検出器350Aなどの単一の検知器を含むものである。通常、像100が遭遇する基板上の様々な膜(図示せず)は異なる反射率を有するため、そのような検知器からの信号304は変化するだろう。例えば、シリコン、酸化シリコン、および酸化物層上方のポリシリコン膜はすべて、法線入射において異なる反射率を有し、したがって、異なる熱放射率を有する。
A very simple configuration of the
この問題に対処する1つの方法は、所与の期間に得られる最も高い信号のみを使用して温度を推定することである。このアプローチでは、検知器の応答時間が減少する代わりに、精度が向上する。 One way to deal with this problem is to estimate the temperature using only the highest signal available in a given period. This approach improves accuracy at the expense of reduced detector response time.
図5を引き続き参照すると、実施形態の一例では、集光光学系340は(矢印354によって示される方向に移動する)像100の立ち下がりエッジ上に集束されて、基板60上の最も熱いポイントから放射される放射線310を集光する。したがって、基板60上の最も熱い(すなわち、最も高い)温度を監視して、直接制御することができる。基板温度の制御は、連続放射線源12のパワーを変化させること、減衰器226(図3)を調整すること、基板走査速度または像走査速度を変化させること、あるいはこれらの組み合わせを含む多くの方法によって達成できる。
With continued reference to FIG. 5, in one example embodiment, the
基板60の温度は、表面62全体が同じ放射率を有するという条件で、単一波長の生じた放射線310を監視することによって測定することができる。表面62がパターニングされている場合、放射率が波長によって急速に変化しないと仮定して、走査動作時に2つの近接した間隔の波長間の比率を監視することによって、温度を測定することができる。
The temperature of the
図6は、1410℃の温度における強度 対 波長の黒体温度プロファイル(プロット)であり、この温度は、半導体トランジスタのソース領域およびドレイン領域、すなわちトランジスタ67(図3)のソース領域およびドレイン領域66A,66Bのドーパントを活性化させるための所定の熱処理用途に使用される上限である。図6から明らかなように、1410℃付近の温度は、シリコン検出器アレイの形態の検知器350A,350Bを使用して、0.8ミクロンおよび1.0ミクロンで監視される。単一の検出器と比較して、検知器アレイを使用することの利点は、像100に沿って像100上で多くの温度サンプルが得られ、あらゆる温度の不均一性または不規則性を迅速に見つけることができることである。ソース領域およびドレイン領域66A,66Bのドーパントの活性化を含む実施形態の一例では、10℃未満の二点間の最高温度のばらつきを有する1400℃まで温度を上昇させる必要がある。
FIG. 6 is a black body temperature profile (plot) of intensity versus wavelength at a temperature of 1410 ° C., which is the source and drain region of a semiconductor transistor, ie, the source and drain
1400℃の領域における温度制御では、2つのスペクトル領域は500〜800nmおよび800〜1100nmであり得る。2つのスペクトル領域での放射率の比率が基板の表面上の様々な材料によって変化しないと仮定すると、2つの検知器からの信号の比率は、正確に温度に関連し得る。温度調節にシリコン検出器350A,350Bからの信号304A,304Bの比率を使用することにより、滞在時間とほぼ等しい応答時間を有する制御ループバンド幅を比較的容易に達成することができる。
For temperature control in the region of 1400 ° C., the two spectral regions can be 500-800 nm and 800-1100 nm. Assuming that the ratio of emissivity in the two spectral regions does not vary with different materials on the surface of the substrate, the ratio of the signals from the two detectors can be precisely related to temperature. By using the ratio of the
別のアプローチは、検知器アレイの形態で検知器350A,350Bを使用することであり、この場合、両方のアレイが基板の同じ領域に結像するが、異なるスペクトル領域を使用する。この配置によって、処理された領域の温度プロファイルが得られ、最高温度および温度均一性の両方を正確に評価することができる。この配置はまた、強度プロファイルの均一性を調整することができる。そのような配置のシリコン検出器を使用することによって、滞在時間とほぼ等しい応答時間を有する制御ループバンド幅が可能となる。
Another approach is to use
基板上に存在する膜の放射率のばらつきを補償する別の方法は、診断システム300を、p−偏光放射線を使用してシリコンのブリュースター角近傍の角度で基板の表面62に対向するように配置することである。この場合、ブリュースター角は、診断システム300によって検出された波長に対応する波長で計算される。吸光係数はブリュースター角と非常に一致しているため、放射率も同様である。一実施形態では、この方法を、2つの検知器アレイを使用して2つの隣り合う波長における信号の比率を得る方法と組み合わせる。この場合、図7に示すように、診断システム300の視軸を含む平面は、放射線ビーム14Bおよび反射放射線281を含む平面440と直角であり得る。
Another way to compensate for variations in the emissivity of the film present on the substrate is to make the
走査された像100は、基板の大きな部分で均一な加熱を生じさせることができる。しかしながら、光学縦列で発生し得る多くの欠陥とともに、回折は、像の形成を干渉し、不均一な加熱といった予期せぬ結果を引き起こし得る。したがって、像におけるエネルギーの均一性を直接測定できる内蔵の像監視システムを有することが非常に望ましい。
The scanned
図5に、像監視システム360の実施形態の一例を示す。実施形態の一例では、像監視システム360は走査経路に配置され、かつ、基板の表面62によって定義される平面PSに配置されている。像監視システム360は、走査経路を向いたピンホール362と、ピンホールの後ろの検知器364とを含む。動作時には、検知器364が、像の典型的な走査時に見られるであろう基板上の点を示す像100をサンプリングするように、基板ステージ46が配置されている。像監視システム360はライン366を介してコントローラ70に接続され、検出された放射線を示す信号368をコントローラに供給する。
FIG. 5 shows an example of an embodiment of the
像の一部をサンプリングすることによって、像強度プロファイル(例えば、図1C)が決定されるのに必要なデータが得られ、それによって基板の加熱均一性を測定することができる。 By sampling a portion of the image, the data necessary to determine the image intensity profile (eg, FIG. 1C) is obtained, and thereby the heating uniformity of the substrate can be measured.
[基板プレアライナー]
再び図3を参照すると、ある場合には、基板60は、予め規定された向きでチャック40上に配置される必要がある。例えば、基板60は結晶性(例えば、結晶性シリコンウエハ)であることができる。本発明者らは、結晶性基板を利用する熱処理用途では、処理を最適化するために、結晶軸が像100に対して選択された方向に位置合わせされているのが好ましい場合が多いことを見出した。
[Substrate pre-aligner]
Referring again to FIG. 3, in some cases, the
したがって、実施形態の一例では、装置10は、ライン378を介してコントローラ70に接続されたプレアライナー(pre-aligner)376を含む。プレアライナー376は、基板60を受け、フラットや切込みなどの参照形状64の位置を定め、参照形状が選択された方向に整列するまで基板を移動させる(例えば、回転させる)ことによって、基板60を基準位置PRに位置合わせし、処理を最適化する。基板が位置合わせされると、信号380がコントローラ70に送信される。次に、基板は、基板ハンドラー386を介してプレアライナー40からチャック40に送られる。基板ハンドラー386は、チャックおよびプレアライナー376と動作的に接続される。基板ハンドラー386はライン338を介してコントローラ70に接続され、信号390によって制御される。次に、基板60は、プレアライナー376上で予め位置合わせされた基板の向きに対応する選択された向きでチャック40上に配置される。
Thus, in one example embodiment, the
[吸収放射線の測定]
ビームエネルギー監視システム250を使用して放射線ビーム14A,14A’,または14Bのうち1つのエネルギーを測定し、かつ、監視システム280を使用して反射放射線281のエネルギーを測定することによって、基板60によって吸収された放射線を決定することができる。これにより、基板の表面62の反射率の変化に関わらず、基板60によって吸収される放射線を走査時に一定に維持することができる。実施形態の一例では、単位面積あたりの一定のエネルギー吸収を維持することは、連続放射線源12の出力エネルギー、基板の表面62上方における像100の走査速度、および減衰器226の減衰度のうち1以上を調節することにより達成される。
[Measurement of absorbed radiation]
By the
実施形態の一例では、単位面積あたりの一定のエネルギー吸収は、放射線ビーム14Bの偏光を変化させること(例えば1/4波長板230を回転させること)によって達成される。実施形態の別例では、上述した手法の組み合わせによって、単位面積あたりに吸収されるエネルギーを変化または維持させる。選択された赤外波長のシリコンにおける吸収は、シリコンの導電性を向上させるドーパント不純物によって大きく増加する。入射放射線の最小吸収が室温で達成されるとしても、温度の上昇によって吸収が増加し、数ミクロンの深さの表層のみに全ての入射エネルギーが吸収される急上昇サイクルが生じる。
In one example embodiment, constant energy absorption per unit area is achieved by changing the polarization of the
したがって、シリコンウエハにおける加熱深さは、室温における赤外波長の吸収深さによって決定されるというよりむしろ、シリコンの表面からの熱の拡散によって主として決定される。また、n−型不純物またはp−型不純物を有するシリコンのドーピングによって室温における吸収が増加し、材料の表面から数ミクロンにおける強い吸収へと導く急上昇サイクルがさらに促進される。 Thus, the heating depth in a silicon wafer is determined primarily by the diffusion of heat from the surface of the silicon, rather than by the absorption depth of infrared wavelengths at room temperature. Also, doping with silicon having n-type or p-type impurities increases absorption at room temperature, further promoting a steep rising cycle leading from material surface to strong absorption at a few microns.
[ブリュースター角またはその近傍の入射角]
実施形態の一例では、入射角Φはブリュースター角に対応するように設定されている。ブリュースター角では、p−偏光放射線P(図3)はすべて基板60に吸収される。ブリュースター角は、放射線が入射する材料の屈折率に依存する。例えば、ブリュースター角は、室温のシリコンで波長λが10.6ミクロンの場合には73.69°である。入射放射線ビーム14Bの約30%は法線入射(Φ=0)で反射されるため、ブリュースター角またはその近傍でのp−偏光放射線を使用することによって、熱処理を行なうために必要な単位面積あたりのパワーを大きく減少させることができる。また、ブリュースター角などの比較的大きな入射角Φを使用することによって、一方向における像100の幅をcos−1φ倍または法線入射の像幅の約3.5倍に拡大することができる。像100の有効焦点深度も同様の倍率で減少する。
[Brewster angle or incident angle near it]
In one example of the embodiment, the incident angle Φ is set to correspond to the Brewster angle. At the Brewster angle, all the p-polarized radiation P (FIG. 3) is absorbed by the
典型的にはICを形成するための半導体処理のように、基板60が、複数の層を有するものも含む様々な異なる領域を有する表面62を有する場合には、処理のための最適な角度は、様々な領域において反射率 対 入射角Φをプロットすることによって決定することができる。通常、p−偏光放射線では、最小反射率は、基板のブリュースター角近傍で発生する。通常、各領域の反射率を最小化および均等化させる角度または角度の小さな範囲を見つけることができる。
If the
実施形態の一例では、入射角Φは、ブリュースター角の周辺の角度範囲に制限される。例えば、ブリュースター角が73.69°である上述の例では、入射角Φは65°〜80°の間に制限される。 In an example embodiment, the incident angle Φ is limited to an angular range around the Brewster angle. For example, in the above example where the Brewster angle is 73.69 °, the incident angle Φ is limited to between 65 ° and 80 °.
[放射線ビームジオメトリーの最適化]
実施形態の一例では、像100を表面62の上方で走査して基板60を熱処理することによって、基板の表面における材料の非常にわずかな量の部分が基板の融点近くまで加熱される。したがって、基板の加熱された部分にはかなりの量の応力と歪みが生じる。状況によっては、応力によって表面62に伝播する望ましくない滑り面が発生する。
[Optimization of radiation beam geometry]
In one example embodiment, a very small portion of material at the surface of the substrate is heated to near the melting point of the substrate by scanning the
また、実施形態の一例では、放射線ビーム14Aは偏光される。このような場合、表面62に入射する放射線ビーム14Bの方向とともに、基板の表面62に対する放射線ビーム14Bの偏光方向の方向を選択することが実用的であり、これにより、最も効率的な処理が得られる。さらに、基板60の熱処理は、基板の特性(例えば、構造やトポグラフィー)を変化させる多くの他のプロセスを経た後に行われることが多い。
In one example embodiment, the
図7は、上部に形成されたパターン400を有する半導体ウエハの形態としての基板60の一例の拡大等角図である。実施形態の一例では、パターン400は、格子(すなわち、マンハッタンジオメトリー)に則ったラインまたはエッジ404,406を含み、このライン/エッジはX−方向およびY−方向に延びている。ライン/エッジ404,406は、例えば、ポリランナー、ゲート、およびフィールド酸化物分離領域のエッジまたはICチップ境界に対応する。一般に、ICチップの製造では、基板は大部分が互いに直角に延びる形状にパターニングされる。
FIG. 7 is an enlarged isometric view of an example of a
したがって、例えば、ICチップを形成するプロセスにおいて、基板(ウエハ)60がソース領域およびドレイン領域66A,66Bのアニールまたは活性化が必要な段階に達した時には、表面62は極めて複雑になっている。例えば、典型的なICの製造プロセスでは、表面62の一領域はベアシリコンであってもよく、表面の別の領域は比較的厚い酸化シリコン分離トレンチを有していてもよく、表面のさらに別の領域は厚い酸化物トレンチを横切る薄いポリシリコン導体を有していてもよい。
Therefore, for example, in the process of forming an IC chip, the
したがって、注意を怠った場合には、ライン/エッジ404,406の主方向を含む表面構造によっては、線像100が基板の表面62のある部分では反射または回折され、他の部分では選択的に吸収され得る。これは、放射線ビーム14Bを偏光させる実施形態に特に当てはまる。その結果、一般に熱処理においては望ましくない不均一な基板の加熱が生じる。
Thus, if care is not taken, the
したがって、図7を引き続き参照すると、本発明の実施形態の一例では、基板60における放射線ビーム14Bの吸収のばらつきを最小化する最適な放射線ビームジオメトリー、すなわち、偏光方向、入射角度Φ、走査方向、走査速度、および像角θを見つけ出すことが望ましい。さらに、基板における滑り面の形成を最小化する放射線ビームジオメトリーを見つけ出すことが望ましい。
Thus, with continued reference to FIG. 7, in one example embodiment of the present invention, the optimal radiation beam geometry that minimizes the variation in absorption of the
基板60から反射される放射線281の二点間ばらつきは、膜組成のばらつき、ライン/エッジ404,406の数と割合、偏光方向の向き、および入射角Φなどを含む多くの要因によって引き起こされる。
The point-to-point variation of the
図7を引き続き参照すると、平面440は、放射線ビーム14Bおよび反射放射線281を含む平面として定義される。平面440がライン/エッジ404,406に対して45°で基板の表面62と交差するように放射線ビーム14Bを基板に照射することによって、ライン/エッジ404,406の存在による反射のばらつきを最小化することができる。線像は、長さ方向が平面440と位置合わせされるか、または、この平面と直角になるように形成される。したがって、入射角Φとは関係なく、線像100と各ライン/エッジ404,406との間の像角θは45°である。
With continued reference to FIG. 7, the
基板の表面62上の様々な構造(例えば、ライン/エッジ404,406)による反射放射線281の量のばらつきは、入射角Φを適切に選択することによってさらに減少させることができる。例えば、ICの一部としてのトランジスタを形成する場合、基板60に対してソース領域およびドレイン領域66A,66Bのアニールまたは活性化を行なう準備ができた時には、基板は通常以下のトポグラフィーのすべてを含むだろう:a)ベアシリコン、b)シリコンに埋め込まれた酸化物分離領域(例えば、厚さ約0.5ミクロン)、c)埋め込まれた酸化物分離領域上の薄い(例えば、0.1ミクロン)ポリシリコンランナー。
Variations in the amount of reflected
図8は、無限に深い二酸化シリコン層の反射率とともに、波長10.6ミクロンのレーザ放射線の場合における、ドープされていないシリコン基板上の上記トポグラフィーのそれぞれのp−偏光Pおよびs−偏光Sの室温反射率のプロットである。図8から、反射率は、偏光および入射角Φによって大きく変化することが非常に明らかである。 FIG. 8 shows the respective p-polarized P and s-polarized S of the above topography on an undoped silicon substrate in the case of laser radiation with a wavelength of 10.6 microns, with an infinitely deep silicon dioxide layer reflectivity. It is a plot of room temperature reflectance. From FIG. 8, it is very clear that the reflectivity varies greatly depending on the polarization and the incident angle Φ.
入射角Φが約65°および約80°の間である場合のp−偏光P(すなわち、平面440における偏光)では、4つのケースすべての反射率は最小であり、ケース間のばらつきも最小である。したがって、必要とされる総パワーおよび吸収された放射線の二点間ばらつきが最小化されるため、約65°から約80°までの間の入射角Φの範囲は、半導体基板(例えば、シリコン基板に形成された、活性化されたドープ領域)を熱処理するための装置10に特に適している。
For p-polarized light P (ie, polarization at plane 440) where the incident angle Φ is between about 65 ° and about 80 °, the reflectivity of all four cases is minimal and the variation between cases is also minimal. is there. Accordingly, the range of incident angles Φ between about 65 ° and about 80 ° is within the range of semiconductor substrates (eg, silicon substrates), since the required total power and the point-to-point variation in absorbed radiation is minimized. Is particularly suitable for the
ドーパントまたは高温の存在によって、シリコンはさらに金属的になり、ブリュースター角に対応した最小値が、より高い角度およびより高い反射率へと移行する。したがって、ドープされた基板および/またはより高い温度では、最適な角度は、室温におけるドープされていない材料の対応するブリュースター角よりも高くなるだろう。 Due to the presence of dopants or high temperatures, the silicon becomes more metallic and the minimum corresponding to the Brewster angle shifts to higher angles and higher reflectivity. Thus, for doped substrates and / or higher temperatures, the optimum angle will be higher than the corresponding Brewster angle of undoped material at room temperature.
図9は、半導体ウエハの形態の基板60を処理するために使用される装置10の平面等角図であり、最適な放射線ビームジオメトリーにおける装置の動作を示している。ウエハ60は、上部に形成された格子パターン400を含み、格子における各正方形468は、例えばICチップ(図1Aの回路67など)を表している。線像100は、45°の像角θとなる方向470において基板(ウエハ)の表面62に関して走査される。
FIG. 9 is a plan isometric view of the
[結晶方位の説明]
上述したように、単結晶シリコンウエハなどの結晶性基板は、参照形状64(例えば、図9に示す切込みまたはフラット)によってしばしば示される方位を有する結晶面を有する。参照形状64は、基板において、主結晶面の1つの方向に対応するエッジ63に形成されている。線像100の走査によって、走査方向470(図9)に垂直な方向474において、大きな熱勾配および応力集中が発生し、結晶性基板の構造の完全性(integrity)に悪影響を及ぼし得る。
[Description of crystal orientation]
As described above, a crystalline substrate, such as a single crystal silicon wafer, has a crystal plane with an orientation often indicated by a reference shape 64 (eg, a notch or a flat shown in FIG. 9). The
引き続き図9を参照すると、通常の場合、シリコン基板60は(100)結晶方位を有し、ライン/エッジ404,406はウエハの表面において、2つの主結晶軸(100),(010)に対して45°で配置されている。結晶中の滑り面の形成を最小化するために、好ましい走査方向は主結晶軸の1つに沿った方向である。したがって、結晶中の滑り形成を最小化するために好ましい走査方向は、通常の場合におけるシリコン基板のライン/エッジ404,406に対する好ましい方向とも一致する。線像100、ライン/エッジ404,406、および結晶軸(100),(010)の間で一定の方位が維持される場合、基板(ウエハ)60に対する線像の走査は、円形またはアーチ形ではなく直線的(例えば、前後)に行なわなければならない。また、結晶方位に対して特定の走査方向が望ましいため、実施形態の一例では、基板は、例えば、基板プレアライナー376(図3)を使用してチャック40上で予め位置合わせされる。
With continued reference to FIG. 9, in the normal case, the
基板結晶軸(100),(010)と走査方向470との間の方位を慎重に選択することによって、熱により誘発される応力によって、基板の結晶格子内に滑り面が形成される可能性を最小化することができる。結晶格子が急激な熱勾配によって誘発される滑りに対して最大の抵抗性を有する最適な走査方向は、結晶基板の性質によって異なると考えられる。しかしながら、単一の結晶基板上で像100をらせん状パターンで走査し、ウエハを検査して、滑りを示す前に最も高い温度勾配に耐え得る方向を決定することによって、最適な走査方向を実験的に見つけ出すことができる。
By carefully choosing the orientation between the substrate crystal axes (100), (010) and the
(100)結晶シリコンウエハの形態の基板60では、最適な走査方向は、(100)基板結晶格子方向、またはライン/エッジ404,406によって示されるパターン格子方向に対して45°に位置合わせされる。これは、放射状の線像100を、基板の中心からの距離の関数として最高温度を徐々に増加させるらせん状パターンで走査することによって、本発明者らによって実験的に確認された。最適な走査方向は、滑りに対して最も高い抵抗性を示す方向と、結晶軸の方向とを比較することによって決定された。
For a
[像の走査]
(牛耕状(boustrophedonic)走査)
図10は、像が横断する基板上の各点において短い熱パルスを発生させる、基板の表面62上方における像100の牛耕状(すなわち、交互に前後または「X−Y」)走査パターン520を示す基板の平面図である。走査パターン520は線走査セグメント522を含む。牛耕状走査パターン520は、従来の双方向X−Yステージ46を用いて行なうことができる。しかしながら、そのようなステージは、通常は相当な大きさおよび限られた加速能力を有する。非常に短い滞在時間(すなわち、走査された像が、基板上の所与のポイント上に存在する時間)が望ましい場合、従来のステージは、加速および減速にかなりの時間を要する。また、そのようなステージに大きなスペースが必要である。例えば、100ミクロンのビーム幅で10マイクロ秒の滞在時間では、10メートル/秒(m/秒)のステージ速度が必要となる。1gまたは9.8m/s2の加速では、加速/減速に1.02秒および5.1mの移動が必要である。加速および減速のために10.2mのスペースをステージに供給することは望ましくない。
[Image scanning]
(Bostrophedonic scanning)
FIG. 10 illustrates a cow pattern (ie, alternating back-and-forth or “X-Y”)
(光学的走査)
基板の表面62上の像100の走査は、静止した基板および移動する像を使用して行なってもよいし、基板を移動させて像を静止したままに維持してもよいし、あるいは、基板および像の双方を移動させることによって行なってもよい。
(Optical scanning)
Scanning of
図11は、可動走査ミラー260を含む光学系20の実施形態の一例の断面図である。光学的走査を使用することによって、非常に効率的な加速/減速速度(すなわち、ステージが同じ走査効果を達成するために移動しなければならないであろう速度)を達成することができる。
FIG. 11 is a cross-sectional view of an example of an embodiment of the
図11の光学系20では、放射線ビーム14A(または14A’)は、円柱状素子L10〜L13からなるf−θリレー光学系20の瞳に位置する走査ミラー260によって反射される。実施形態の一例では、走査ミラー260は、サーボモーターユニット540に接続・駆動され、サーボモーターユニット540はライン542を介してコントローラ70に接続されている。サーボユニット540は、ライン542を介して、コントローラ70からの信号544によって制御される。
In the
光学系20は、基板の表面62の上方において、放射線ビーム14Bを走査して、移動する像100を形成する。ステージ46は、各走査後に交差走査方向に基板の位置を増加させて、基板の所望の領域をカバーする。
The
実施形態の一例では、レンズ素子L10〜L13はZnSeからなり、CO2レーザによって放射される放射線の赤外波長と、基板の加熱部分によって放射される近赤外線および可視放射線との両方に対して透明である。これによって、ダイクロイックビームスプリッター550を、走査ミラー260の上流で放射線ビーム14Aの経路に配置することができ、かつ、基板から放射される可視波長の放射線および近赤外波長の放射線を、基板を加熱するために使用される放射線ビーム14Aの長波長の放射線から分離することができる。
In an exemplary embodiment, the lens element L10~L13 consists ZnSe, and infrared wavelengths of radiation emitted by CO 2 lasers, transparent to both the near infrared and visible radiation emitted by the heated portion of the substrate It is. Thereby, the
生じた放射線310は、基板の熱処理を監視および制御するために使用され、ビーム診断システム560によって検出される。ビーム診断システム560は、集光レンズ562と、ライン568を介してコントローラ70に接続された検知器564とを有する。実施形態の一例では、生じた放射線310はフィルターを通過し、別々の検知器アレイ564(1つのみが図示されている)に集束される。検知器564によって検出された放射線量に対応する信号570は、ライン568を介してコントローラ70に供給される。
The resulting
図11は入射角Φ=0を有する放射線ビーム14Bを示しているが、他の実施形態では、入射角はΦ>0である。実施形態の一例では、軸ARを中心として基板ステージ46を適切に回転させることによって、入射角Φを変化させる。
Although FIG. 11 shows a
光学的走査の利点は、非常に高速で行なうことができるため、ビームまたはステージの加速および減速のために最小限の時間しか失われないということである。市販の走査光学系を使用して、8000g相当のステージ加速を達成することができる。 The advantage of optical scanning is that it can be performed very fast, so that minimal time is lost for beam or stage acceleration and deceleration. Using a commercially available scanning optical system, a stage acceleration equivalent to 8000 g can be achieved.
(らせん状走査)
別の実施形態では、像100は、基板60に対してらせん状パターンで走査される。図12は、ステージ46上に位置する4つの基板60の平面図であり、ステージは、回転的および直線的に像100と相対的に移動してらせん状走査パターン604を形成することができる。回転移動は回転中心610をほぼ中心として行われる。また、ステージ46は複数の基板を支持することができ、図では説明の便宜のために4つの基板が示されている。
(Spiral scan)
In another embodiment, the
実施形態の一例では、ステージ46は、直線ステージ612および回転ステージ614を含む。らせん状走査パターンの一部によって各基板が覆われるように、らせん状走査パターン604は、基板の直線移動および回転移動の組み合わせによって形成される。基板上の各点で滞在時間を一定に維持するために、回転速度は回転中心610から像100までの距離に反比例して変化させる。らせん状走査の利点は、処理の開始時と終了時を除いて、急速な加速/減速が存在しない点である。したがって、そのような配置を使用して短い滞在時間を得ることが実用的である。別の利点は、一回の走査動作で複数の基板を処理できる点である。
In one example embodiment, the
(交互ラスタ状走査)
隣り合う経路セグメントの間隔が小さい状態で、牛耕状パターンによって基板60の上方で像100を走査すると、1つのセグメントが完了し、次の新しいセグメントが開始される走査セグメントの端部で基板が過熱されることがある。そのような場合、新しい走査経路セグメントの最初の部分は、完了直後の走査経路セグメントに起因する著しい熱勾配を含む。ビーム強度が適切に修正されない限り、この勾配によって、新しい走査によって生じる温度が上昇する。このため、走査時に基板全体で均一な最高温度を達成することが困難となる。
(Alternate raster scanning)
When the
図13Aおよび図13Bは、交互ラスタ状走査経路700を示す基板60の平面図であり、交互ラスタ状走査経路700は、線走査経路セグメント702,704を有する。図13Aを参照すると、まず、交互ラスタ状走査経路700では、隣り合う走査経路間にギャップ706が存在するように、走査経路セグメント702の走査を行なう。実施形態の一例では、ギャップ706は、線走査の実効長の整数倍と等しい寸法を有する。実施形態の一例では、ギャップ706の幅は、像100の長さL1と同じかまたはほぼ等しい。次に、図13Bに示すように、ギャップを埋めるように走査経路セグメント704の走査が行われる。この走査方法は、密接な間隔で連続する走査経路セグメントとともに生じる、走査経路における熱勾配を大きく減少させ、走査時に基板全体で均一な最高温度を達成することがより容易になる。
FIGS. 13A and 13B are plan views of the
(走査パターンのスループット比較)
図14は、らせん状走査方法(曲線720)、光学的走査方法(曲線724)、および牛耕状(X−Y)走査方法(曲線726)に関する、シミュレートしたスループット(基板/時間) 対 滞在時間(秒)のプロットである。この比較は、ガウス分布型ビームを形成するために使用される連続放射線源として5kWレーザを用いる実施形態の一例を想定しており、したがって、100ミクロンのビーム幅L2を用いて、重なり合う走査経路において走査されたガウス分布型の像100が、約±2%の放射線均一性で得られる。
(Scanning pattern throughput comparison)
FIG. 14 shows simulated throughput (substrate / time) versus stay for the spiral scan method (curve 720), the optical scan method (curve 724), and the cattle plow (XY) scan method (curve 726). It is a plot of time (seconds). This comparison assumes an example of an embodiment using a 5 kW laser as a continuous radiation source used to form a Gaussian distributed beam, and therefore in an overlapping scan path using a 100 micron beam width L2. A scanned
このプロットから、らせん状走査方法がすべての条件下で優れた効率を有することが分かる。しかしながら、らせん状走査方法は一度に複数の基板を処理するため、4つのチャックを支持することができる大きな表面が必要となる。例えば、4つの300mmウエハの場合、表面は直径が約800mmよりも大きくなるだろう。この方法の別の欠点は、走査線像と基板の結晶方位との間の距離を一定の方向を維持できないため、結晶性基板のために最適な処理ジオメトリーを維持できないことである。 From this plot it can be seen that the helical scanning method has excellent efficiency under all conditions. However, since the helical scanning method processes multiple substrates at once, it requires a large surface that can support four chucks. For example, for four 300 mm wafers, the surface will be greater than about 800 mm in diameter. Another disadvantage of this method is that the distance between the scan line image and the crystal orientation of the substrate cannot be maintained in a constant direction, so that an optimal processing geometry cannot be maintained for a crystalline substrate.
光学的走査方法は、滞在時間からほとんど独立したスループットを有し、かつ、高い走査速度を必要とする滞在時間の短いX−Yステージ走査システムにも有効である。 The optical scanning method is effective for an XY stage scanning system with a short residence time that has a throughput almost independent of the residence time and requires a high scanning speed.
本発明の多くの利点および特徴は詳細な明細書から明らかであり、したがって、添付した請求項によって、本発明の目的と範囲に従う上述した装置の利点および特徴をすべて網羅されることを意図する。さらに、当業者は多くの変形および変更を容易に想到するものと考えられるため、ここで説明された構造および動作そのものに本発明を限定することは望ましくない。したがって、他の実施形態は添付した請求項の範囲に含まれる。 Many of the advantages and features of the present invention will be apparent from the detailed description, and therefore, the appended claims are intended to cover all of the advantages and features of the apparatus described above in accordance with the objects and scope of the present invention. Further, since many variations and modifications will readily occur to those skilled in the art, it is not desirable to limit the invention to the structure and operation itself described herein. Accordingly, other embodiments are within the scope of the appended claims.
Claims (76)
連続的な第1の放射ビームを提供可能な連続放射線源と、
前記第1の放射ビームを受けて、前記基板に像を形成する第2の放射線ビームを形成するように構成された光学系と、
前記基板を支持するように構成されたステージと、
を軸に沿って含み、
前記第1の放射ビームは、前記基板の領域を加熱可能な第1の強度プロファイルおよび波長を有し、
前記光学系および前記ステージのうち少なくとも1つは、走査方向において前記基板に関して前記像を走査して、放射線パルスを用いて、前記領域の熱処理が十分である温度へと前記領域を加熱するように構成される、装置。 An apparatus for heat-treating a region of a substrate,
A continuous radiation source capable of providing a continuous first radiation beam;
An optical system configured to form a second radiation beam that receives the first radiation beam and forms an image on the substrate;
A stage configured to support the substrate;
Along the axis,
The first radiation beam has a first intensity profile and wavelength capable of heating a region of the substrate;
At least one of the optical system and the stage scans the image with respect to the substrate in a scanning direction and uses a radiation pulse to heat the region to a temperature at which heat treatment of the region is sufficient. Configured device.
前記像は線像である、装置。 In claim 1,
The apparatus, wherein the image is a line image.
前記光学系は、1以上の曲状ミラーを含む、装置。 In claim 1,
The optical system includes one or more curved mirrors.
前記1以上の曲状ミラーは円錐ミラーである、装置。 In claim 3,
The apparatus, wherein the one or more curved mirrors are conical mirrors.
複数の円錐ミラーをさらに含み、
前記複数の円錐ミラーは、それぞれが異なる円錐角および選択的配置可能性を有し、かつ、異なる大きさの線像を形成するために前記第1の放射線ビームから除去可能である、装置。 In claim 4,
A plurality of conical mirrors;
The apparatus wherein the plurality of conical mirrors each have a different cone angle and selective placement possibility and can be removed from the first radiation beam to form line images of different sizes.
前記第1の放射線ビームは大きさを有し、
前記1以上の曲状ミラーは、反対出力の2以上の組の柱状放物面ミラーを含み、
前記柱状放物面ミラーは、前記第1の放射線ビーム中に配置されて、前記第1の放射線ビームの大きさおよび方向を変える、装置。 In claim 3,
The first radiation beam has a size;
The one or more curved mirrors include two or more sets of columnar parabolic mirrors with opposite outputs;
The apparatus wherein the columnar parabolic mirror is disposed in the first radiation beam to change the size and direction of the first radiation beam.
前記組の柱状放物面ミラーは、前記第1の放射線ビームの大きさを変えるために選択的配置可能性を有し、かつ、前記第1の放射線ビームから除去可能である、装置。 In claim 6,
The apparatus wherein the set of columnar paraboloid mirrors has a selective placement possibility to change the size of the first radiation beam and is removable from the first radiation beam.
前記放射線源の下流に配置されたビームコンバータを含み、
前記ビームコンバータは、前記第1の放射線ビームを受けて、前記第1の強度プロファイルを第2の強度プロファイルへと変換する、装置。 In claim 1,
A beam converter disposed downstream of the radiation source,
The beam converter receives the first radiation beam and converts the first intensity profile into a second intensity profile.
前記ビームコンバータおよび前記光学系は、単一のコンバータ/光学系内で結合されている、装置。 In claim 8,
The apparatus wherein the beam converter and the optical system are combined in a single converter / optical system.
前記第1の強度プロファイルは、ガウス分布である、装置。 In claim 8,
The apparatus, wherein the first intensity profile is a Gaussian distribution.
前記第2の強度プロファイルは、前記走査方向に垂直な方向において実質的に均一である、装置。 In claim 8,
The apparatus, wherein the second intensity profile is substantially uniform in a direction perpendicular to the scanning direction.
前記連続放射線源は、レーザである、装置。 In claim 1,
The apparatus wherein the continuous radiation source is a laser.
前記レーザは、CO2レーザである、装置。 In claim 1,
The apparatus, wherein the laser is a CO 2 laser.
前記波長は、約9.4μm〜約10.8μmである、装置。 In claim 13,
The apparatus wherein the wavelength is from about 9.4 μm to about 10.8 μm.
前記ステージに結合されたステージコントローラを含む、装置。 In claim 1,
An apparatus comprising a stage controller coupled to the stage.
前記放射線源、前記光学系、および前記ステージコントローラの少なくとも1つに結合されたコントローラを含む、装置。 In claim 15,
An apparatus comprising a controller coupled to at least one of the radiation source, the optical system, and the stage controller.
前記放射線源の下流に配置された調整可能な減衰器と、
前記放射線源の下流に配置された1/4波長板と、
前記放射線源の下流に配置されたフォールドミラーと、
前記ステージと連動し、かつ、前記基板を受けて、前記基板を参照位置に位置合わせするプレアライナーと、
前記ステージに隣り合うように配置され、かつ、前記基板から反射された放射線を受け取って測定するモニタと、
前記ステージに隣り合うように配置され、かつ、前記基板から放出される放射線を受け取って測定する診断システムと、
前記放射線源の下流に配置され、かつ、前記第1および第2の放射線ビームのうち一方のエネルギーを測定するビームエネルギー監視システムと、
のうち1以上を含む、装置。 In claim 1,
An adjustable attenuator disposed downstream of the radiation source;
A quarter-wave plate disposed downstream of the radiation source;
A fold mirror disposed downstream of the radiation source;
A pre-aligner that interlocks with the stage and receives the substrate and aligns the substrate with a reference position;
A monitor arranged adjacent to the stage and receiving and measuring radiation reflected from the substrate;
A diagnostic system disposed adjacent to the stage and receiving and measuring radiation emitted from the substrate;
A beam energy monitoring system disposed downstream of the radiation source and measuring the energy of one of the first and second radiation beams;
A device comprising one or more of the following.
前記装置は前記フォールドミラーを含み、
前記フォールドミラーは、前記基板の上方で前記像を走査するために移動可能である、装置。 In claim 17,
The apparatus includes the fold mirror;
The apparatus, wherein the fold mirror is movable to scan the image above the substrate.
前記装置は前記減衰器を含み、
前記減衰器は調整可能な偏光子を含む、装置。 In claim 17,
The apparatus includes the attenuator;
The apparatus wherein the attenuator includes an adjustable polarizer.
前記装置は前記診断システムを含み、
前記診断システムは、第1および第2の検出器を含み、
前記第1および第2の検出器はそれぞれ、前記基板から放出される前記放射線の第1および第2のスペクトルバンドを検出して、前記基板の最大温度を確定するように構成されている、装置。 In claim 17,
The apparatus includes the diagnostic system;
The diagnostic system includes first and second detectors;
The first and second detectors are configured to detect first and second spectral bands of the radiation emitted from the substrate, respectively, to determine a maximum temperature of the substrate; .
前記光学系は、前記基板の領域の上方で前記像を走査するように構成された走査ミラーを含む、装置。 In claim 1,
The apparatus includes: a scanning mirror configured to scan the image above a region of the substrate.
前記第1の放射線ビームは偏光されている、装置。 In claim 1,
The apparatus, wherein the first radiation beam is polarized.
前記偏光は円形である、装置。 In claim 22,
The apparatus, wherein the polarization is circular.
前記軸は、前記基板の表面の法線と入射角Φを形成し、かつ、0≦Φ<90°である、装置。 In claim 1,
The apparatus wherein the axis forms a normal to the surface of the substrate and an incident angle Φ, and 0 ≦ Φ <90 °.
前記入射角Φは、ブリュースター角と等しいかまたはその近傍であり、
前記第2の放射線ビームは、前記基板に関してp−偏光されている、装置。 In claim 24,
The incident angle Φ is equal to or near the Brewster angle,
The apparatus, wherein the second radiation beam is p-polarized with respect to the substrate.
前記基板は単結晶半導体であり、
前記入射角Φは50°〜80°の間である、装置。 In claim 25,
The substrate is a single crystal semiconductor;
The apparatus, wherein the incident angle Φ is between 50 ° and 80 °.
前記基板は格子パターンを含み、
前記像は、前記格子パターンに関して45°に配向している、装置。 In claim 1,
The substrate includes a lattice pattern;
The apparatus, wherein the image is oriented at 45 ° with respect to the grid pattern.
a.前記領域を加熱可能な波長を有する連続放射線ビームを生成する工程、および
b.前記1以上の領域における各点が、前記1以上の領域それぞれを処理可能な量の熱エネルギーを受けるように、走査方向において前記1以上の領域の上方で前記放射線を走査する工程
を含む、方法。 A method for heat treating one or more regions of a substrate, comprising:
a. Generating a continuous radiation beam having a wavelength capable of heating the region; and b. Scanning the radiation above the one or more regions in a scanning direction such that each point in the one or more regions receives an amount of thermal energy that can process each of the one or more regions. .
前記基板は単結晶であり、
前記1以上の領域の各点において、前記像がマイクロ秒からミリ秒の間の滞在時間を有するように、前記工程bが実行される、方法。 In claim 28,
The substrate is a single crystal;
The method wherein step b is performed such that at each point of the one or more regions, the image has a dwell time between microseconds and milliseconds.
前記1以上の領域は集積回路を含み、
前記工程bの前記放射線は、前記走査方向と垂直に、1cmまたはそれ未満の面積を有する像を形成する、方法。 In claim 29,
The one or more regions include integrated circuits;
The method wherein the radiation of step b forms an image having an area of 1 cm or less perpendicular to the scanning direction.
前記連続放射線ビームは、第1のプロファイルを有し、かつ、
c.前記連続放射線ビームを変更して、第2のプロファイルを形成する工程をさらに含む、方法。 In claim 28,
The continuous radiation beam has a first profile; and
c. The method further includes altering the continuous radiation beam to form a second profile.
前記工程cは、前記第2のプロファイルが前記基板において実質的に均一な強度を有する像を形成するように、前記連続放射線ビームを変更する、方法。 In claim 31,
The step c modifies the continuous radiation beam so that the second profile forms an image having a substantially uniform intensity on the substrate.
c.前記連続放射線ビームを減衰させて、前記1以上の領域を選択された温度に維持する工程をさらに含む、方法。 In claim 28,
c. The method further comprises attenuating the continuous radiation beam to maintain the one or more regions at a selected temperature.
前記連続放射線ビームは出力パワーを有し、かつ、
c.前記出力パワーを変化させて、前記1以上の領域を選択された温度に維持する工程をさらに含む、方法。 In claim 28,
The continuous radiation beam has an output power; and
c. Changing the output power to further maintain the one or more regions at a selected temperature.
c.線像を形成する工程をさらに含む、方法。 In claim 28,
c. The method further comprising the step of forming a line image.
d.前記線像の長寸を、入射放射線のビームおよび反射放射線のビームに関連付けられた軸によって定義された平面に相対的に位置合わせする工程をさらに含む、方法。 In claim 35,
d. The method further comprises aligning the length of the line image relative to a plane defined by an axis associated with the beam of incident radiation and the beam of reflected radiation.
d.円錐ミラーから前記放射線ビームを反射することにより、前記線像を形成する工程をさらに含む、方法。 In claim 35,
d. The method further comprises forming the line image by reflecting the radiation beam from a conical mirror.
前記線像は長さL1および幅L2を有し、かつ、
d.少なくとも前記長さおよび前記幅を変化させる工程をさらに含む、方法。 In claim 35,
The line image has a length L1 and a width L2, and
d. A method further comprising changing at least the length and the width.
c.前記基板の領域から反射された放射線を測定する工程をさらに含む、方法。 In claim 28,
c. Measuring the radiation reflected from the area of the substrate.
c.前記基板の領域の温度を測定する工程をさらに含む、方法。 In claim 28,
c. Measuring the temperature of the region of the substrate.
前記工程cはさらに、
I.2つの異なるスペクトルバンド内で前記基板から放出される放射線を測定する工程を含む、方法。 In claim 40,
The step c further includes
I. Measuring the radiation emitted from the substrate in two different spectral bands.
d.各検出器アレイを用いて、異なるスペクトルバンド内で前記基板の共通領域を撮像する工程、および
e.前記検出器アレイからの各出力信号を比較して、前記共通領域における最大温度点および前記最大温度点における温度を決定する工程
をさらに含む、方法。 In claim 40,
d. Using each detector array to image a common area of the substrate in a different spectral band; and e. Comparing each output signal from the detector array to determine a maximum temperature point in the common region and a temperature at the maximum temperature point.
前記放射線ビームは偏光されている、方法。 In claim 28,
The method wherein the radiation beam is polarized.
c.前記放射線ビームの偏光を1/4波長回転する工程をさらに含む、方法。 In claim 43,
c. The method further comprises rotating the polarization of the radiation beam by a quarter wavelength.
c.第1の放射線ビームを変化させて、円形に偏光した放射線のビームを形成する工程をさらに含む、方法。 In claim 43,
c. Changing the first radiation beam to further form a circularly polarized beam of radiation.
前記放射線ビームは、前記基板に関してp−偏光され、
c.ブリュースター角と等しいかまたはその近傍の角度の前記放射線ビームを前記基板に照射する工程をさらに含む、方法。 In claim 28,
The radiation beam is p-polarized with respect to the substrate;
c. Irradiating the substrate with the radiation beam at an angle equal to or near a Brewster angle.
前記基板は単結晶半導体であり、
前記放射線ビームはp−偏光され、かつ、
c.入射角Φが50°〜80°の間にて前記放射線ビームを前記基板に照射する工程をさらに含む、方法。 In claim 28,
The substrate is a single crystal semiconductor;
The radiation beam is p-polarized, and
c. Irradiating the substrate with the radiation beam at an incident angle Φ of 50 ° to 80 °.
前記工程bは、牛耕状パターン、らせん状パターン、および交互ラスタ状パターンのうち1つにて行なわれる、方法。 In claim 28,
The step b is performed in one of a cow plow pattern, a spiral pattern, and an alternating raster pattern.
c.第1の放射線ビームの偏光を変化させて、前記基板を選択された温度に維持する工程をさらに含む、方法。 In claim 28,
c. The method further comprises changing the polarization of the first radiation beam to maintain the substrate at a selected temperature.
前記工程bを可変速度にて行ない、前記基板を選択された温度に維持する、方法。 In claim 28,
Performing step b at a variable rate and maintaining the substrate at a selected temperature.
前記第1の放射線ビームの波長は、9.4〜10.8μmである、方法。 In claim 28,
The method wherein the wavelength of the first radiation beam is 9.4 to 10.8 μm.
前記工程bは、前記基板から反射された放射線の変化を最小限にするために、以下の工程を含む:
i.前記基板の上方で連続放射線ビームを走査する工程、
ii.連続的な第1の放射線ビームの入射角の範囲にわたって、前記反射された放射線の変化を測定して、少なくとも前記反射された放射線の量の変化が最も小さい点に相当する最適入射角を決定する工程、および
iii.前記最適入射角またはその近傍を走査して、前記1以上の領域を熱処理する工程。 In claim 28,
Step b includes the following steps to minimize the change in the radiation reflected from the substrate:
i. Scanning a continuous beam of radiation above the substrate;
ii. The change in the reflected radiation is measured over a range of incident angles of the continuous first radiation beam to determine an optimum angle of incidence corresponding to at least the smallest change in the amount of reflected radiation. Steps, and iii. Scanning the optimum incident angle or the vicinity thereof and heat-treating the one or more regions.
前記工程bは、前記基板上で生成された最大温度の変化を最小限にするために、以下の工程を含む:
i.前記連続放射線ビームから像を形成する工程、
i.前記基板の上方で前記像を走査する工程、
iii.入射角の範囲にわたって、各入射角に関して前記基板上の異なる位置で形成された最大温度の変化を測定して、少なくとも前記最大温度の変化量が最も小さい点に相当する最適入射角を決定する工程、および
iv.前記最適入射角またはその近傍を走査して、前記1以上の領域を熱処理する工程。 In claim 28,
Step b includes the following steps in order to minimize the change in maximum temperature generated on the substrate:
i. Forming an image from the continuous radiation beam;
i. Scanning the image above the substrate;
iii. Measuring a change in maximum temperature formed at different positions on the substrate with respect to each incident angle over a range of incident angles, and determining an optimum incident angle corresponding to at least a point where the amount of change in the maximum temperature is the smallest. And iv. Scanning the optimum incident angle or the vicinity thereof and heat-treating the one or more regions.
前記基板は結晶性であり、かつ、
前記工程bは、前記基板において滑り面の形成を最小限にする方向に前記像を走査する、方法。 In claim 28,
The substrate is crystalline, and
The step b scans the image in a direction that minimizes the formation of sliding surfaces on the substrate.
前記基板は結晶軸を有し、
前記工程bは、前記結晶軸の1つに沿った方向にて前記像を走査する、方法。 In claim 54,
The substrate has a crystallographic axis;
The step b scans the image in a direction along one of the crystal axes.
前記1以上の領域は、パターン化された形状を有し、かつ、
さらに以下の工程を含む:
c.前記連続放射線ビームを用いて線像を形成する工程、および
d.前記パターン化された形状に関する像角にて前記線像を用いて、かつ、入射角にて前記連続放射線ビームを前記基板に照射する工程。 In claim 28,
The one or more regions have a patterned shape; and
In addition, it includes the following steps:
c. Forming a line image using the continuous radiation beam; and d. Irradiating the substrate with the continuous radiation beam at an angle of incidence using the line image at an image angle with respect to the patterned shape.
前記入射角および像角は、前記1以上の領域における温度変化を最小限にするために選択される、方法。 In claim 56,
The method wherein the angle of incidence and the image angle are selected to minimize temperature changes in the one or more regions.
前記基板は結晶性であり、かつ、
e.走査方向を選択して、前記基板における滑り面の形成を最小限にする、方法。 In claim 57,
The substrate is crystalline, and
e. A method of selecting a scanning direction to minimize the formation of sliding surfaces on the substrate.
前記診断システムは検出器を含み、
前記検出器は、前記基板に存在する前記検出器および膜に使用される波長に対してブリュースター角にて、前記加熱された基板を観察するように配置された、装置。 In claim 17,
The diagnostic system includes a detector;
The apparatus, wherein the detector is arranged to observe the heated substrate at a Brewster angle relative to the wavelength used for the detector and film present on the substrate.
前記診断システムは、0.5〜0.8μmの波長を有する放射線を受け、かつ測定する、装置。 In claim 59,
The diagnostic system receives and measures radiation having a wavelength of 0.5 to 0.8 μm.
前記診断システムは、3〜11μmの波長を有する放射線を受け、かつ測定する、装置。 In claim 59,
The diagnostic system receives and measures radiation having a wavelength of 3-11 μm.
前記診断システムは検出器アレイを含み、
前記検出器アレイは、前記基板に存在する前記検出器および膜に使用される波長に対してブリュースター角にて、前記加熱された基板を観察するように配置された、装置。 In claim 17,
The diagnostic system includes a detector array;
The apparatus wherein the detector array is arranged to observe the heated substrate at a Brewster angle relative to the wavelength used for the detector and film present on the substrate.
前記診断システムは、0.5〜0.8μmの波長を有する放射線を受け、かつ測定する、装置。 In claim 62,
The diagnostic system receives and measures radiation having a wavelength of 0.5 to 0.8 μm.
前記診断システムは、3〜11μmの波長を有する放射線を受け、かつ測定する、装置。 In claim 62,
The diagnostic system receives and measures radiation having a wavelength of 3-11 μm.
前記基板上で前記放射線ビームを小さいサイズへと縮小させるビーム形成システムと、
前記基板から反射された放射線を受け、かつ測定するように配置された、前記ステージに隣り合う放射線モニタと、
1以上のチップを含む、限られた領域において、前記小さいサイズにされた放射線ビームを前記基板の上方で走査するように構成された走査システムと、
を含み、
前記放射線モニタは、前記限られた領域において、反射率の変化を示す放射線を受ける、装置。 In claim 1,
A beam forming system for reducing the radiation beam to a small size on the substrate;
A radiation monitor adjacent to the stage, arranged to receive and measure radiation reflected from the substrate;
A scanning system configured to scan the small-sized radiation beam over the substrate in a limited area including one or more chips;
Including
The apparatus wherein the radiation monitor receives radiation indicative of a change in reflectance in the limited area.
前記基板上で前記放射線ビームを小さいサイズへと縮小させるビーム形成システムと、
前記基板から反射される放射線を受け、かつ測定するように配置された、前記ステージに隣り合う放射線モニタと、
1以上のチップを含む、限られた領域において、前記小さいサイズにされた放射線ビームを前記基板の上方で走査するように構成された走査システムと、
を含み、
前記小さいサイズにされた放射線ビームは、前記基板上に存在する膜に対してブリュースター角にて前記基板に入射し、
前記放射線モニタは、前記限られた領域において、反射率の変化を示す放射線を受ける、装置。 In claim 1,
A beam forming system for reducing the radiation beam to a small size on the substrate;
A radiation monitor adjacent to the stage, arranged to receive and measure radiation reflected from the substrate;
A scanning system configured to scan the small-sized radiation beam over the substrate in a limited area including one or more chips;
Including
The sized radiation beam is incident on the substrate at a Brewster angle with respect to the film present on the substrate,
The apparatus wherein the radiation monitor receives radiation indicative of a change in reflectance in the limited area.
前記診断システムはさらに、
前記基板に存在する検出器および膜に使用される波長に対してブリュースター角にて、前記基板の加熱された領域を観察するように配置された検出器と、
1以上のチップを含む、限られた領域において、前記基板の上方で前記第2の放射線ビームを走査する走査システムと、
を含み、
前記基板の限られた領域の上方で、前記第2の放射線ビームが走査されると、前記検出器は、前記第2の放射線ビームによって生じた温度変化を示す放射線を受ける、装置。 In claim 1,
The diagnostic system further includes:
A detector located on the substrate and a detector arranged to observe a heated region of the substrate at a Brewster angle relative to the wavelength used for the film;
A scanning system that scans the second radiation beam over the substrate in a limited area comprising one or more chips;
Including
The apparatus, when the second radiation beam is scanned over a limited area of the substrate, the detector receives radiation indicative of a temperature change caused by the second radiation beam.
前記診断システムは、0.5〜0.8μmの波長を採用する、装置。 In claim 67,
The diagnostic system employs a wavelength of 0.5 to 0.8 μm.
前記診断システムは、3〜11μmの波長を採用する、装置。 In claim 67,
The diagnostic system employs a wavelength of 3 to 11 μm.
前記診断システムはさらに、
前記基板に存在する検出器および膜に使用される波長に対してブリュースター角にて、前記基板の加熱された領域を観察するように配置された検出器と、
1以上のチップを含む、限られた領域において、前記第2の放射線ビームの波長および前記基板上に存在する膜に対してブリュースター角にて、前記基板の上方で前記第2の放射線ビームを走査する走査システムと、
を含み、
前記走査システムが前記基板の限られた領域の上方を走査すると、前記検出器は、前記第2の放射線ビームによって生じた温度変化を示す放射線を受ける、装置。 In claim 1,
The diagnostic system further includes:
A detector located on the substrate and a detector arranged to observe a heated region of the substrate at a Brewster angle relative to the wavelength used for the film;
In a limited area including one or more chips, the second radiation beam is projected above the substrate at a Brewster angle with respect to the wavelength of the second radiation beam and the film present on the substrate. A scanning system for scanning;
Including
The apparatus receives radiation indicative of a temperature change caused by the second radiation beam when the scanning system scans over a limited area of the substrate.
前記診断システムは、0.5〜0.8μmの波長を採用する、装置。 In claim 70,
The diagnostic system employs a wavelength of 0.5 to 0.8 μm.
前記診断システムは、3〜11μmの波長を採用する、装置。 In claim 70,
The diagnostic system employs a wavelength of 3 to 11 μm.
前記診断システムはさらに、
前記基板に存在する検出器および膜に使用される波長に対してブリュースター角にて、前記基板の加熱された領域を観察するように配置された検出器アレイと、
1以上のチップを含む、限られた領域において、前記基板の上方で前記第2の放射線ビームを走査する走査システムと、
を含み、
前記限られた領域の上方で、前記第2の放射線ビームが走査されると、前記検出器は、前記第2の放射線ビームによって生じた温度変化を示す放射線を受ける、装置。 In claim 1,
The diagnostic system further includes:
A detector array arranged to observe a heated region of the substrate at a Brewster angle relative to the wavelength used for the detector and film present on the substrate;
A scanning system that scans the second radiation beam over the substrate in a limited area comprising one or more chips;
Including
The apparatus, when the second radiation beam is scanned over the limited area, the detector receives radiation indicative of a temperature change caused by the second radiation beam.
前記基板上に存在する膜に対してブリュースター角にて、前記第2の放射線ビームを前記基板に入射させるビーム位置決めシステムをさらに含み、
前記診断システムは、
前記基板に存在する検出器および前記膜に使用される波長に対してブリュースター角にて、前記基板の加熱された領域を観察するように配置された検出器アレイと、
1以上のチップを含む、限られた領域において、前記基板の上方で前記第2の放射線ビームを走査する走査システムと、
を含み、
前記基板の限られた領域の上方で、前記第2の放射線ビームが走査されると、前記検出器は、前記第2の放射線ビームによって生じた温度変化を示す放射線を受ける、装置。 In claim 1,
A beam positioning system that impinges the second radiation beam on the substrate at a Brewster angle relative to a film present on the substrate;
The diagnostic system includes:
A detector array arranged to observe a heated region of the substrate at a Brewster angle relative to the wavelength used for the detector and the film present on the substrate;
A scanning system that scans the second radiation beam over the substrate in a limited area comprising one or more chips;
Including
The apparatus, when the second radiation beam is scanned over a limited area of the substrate, the detector receives radiation indicative of a temperature change caused by the second radiation beam.
前記放射線ビームは、レーザダイオードアレイによって生じる、装置。 In claim 46,
The apparatus wherein the radiation beam is generated by a laser diode array.
前記レーザダイオードアレイからの前記放射線ビームの波長は、0.6〜1.5μmである、装置。 In claim 75,
The wavelength of the radiation beam from the laser diode array is 0.6 to 1.5 μm.
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